CN103267549A

CN103267549A - 一种超声波式流量计

Info

Publication number: CN103267549A
Application number: CN2013101500895A
Authority: CN
Inventors: 王军; 季燕飞
Original assignee: HANGZHOU ZHONGPEI ELECTRONIC CO Ltd; Beijing Accurate Energy & Technology Co Ltd
Current assignee: HANGZHOU ZHONGPEI ELECTRONIC CO Ltd; Beijing Accurate Energy & Technology Co Ltd
Priority date: 2013-04-26
Filing date: 2013-04-26
Publication date: 2013-08-28

Abstract

本发明涉及一种超声波式流量计，包括流量计腔体、进水端纺锤型直通孔、流量测量孔、出水端纺锤型直通孔、进水端口换能器、出水端口换能器、进水端船型反射柱及出水端船型反射柱，所述进水端口换能器安装在所述进水端口换能器安装孔内，所述出水端口换能器安装在所述出水端口换能器安装孔内，所述进水端船型反射柱安装在所述进水端反射柱安装孔内，所述出水端船型反射柱安装在所述出水端反射柱安装孔内，所述进水端口换能器与所述进水端船型反射柱相接触，所述出水端口换能器与所述出水端船型反射柱相接触。本发明由于具有整流、稳流、防堵塞、防挂绕，在使用中不需安装过滤器，为国家节省资源。

Description

一种超声波式流量计

技术领域

本发明涉及一种超声波式流量计，尤其是涉及一种纺锤型整流直通孔、船型反射柱的超声波式流量计。

背景技术

超声波流量传感器主要由流量计管道、换能器和内部反射支架等组成。其中，一对换能器按一定间距固定在流量计管道的进水和回水位置上。当测量介质流经超声波式流量计时，在外部电路作用激励下，进水、回水换能器交替发送和接受超声波脉冲信号，经外部电路处理后，采用专用芯片测量超声波顺水时间和逆水时间，由计算器算出时间差，从而测出流经管道介质的流量、流速。

上述原理在超声波式流量计的结构设计上可分为四种形式：

1、X型结构

设计特点：在进水端的换能器与被测介质流动方向上形成了一个夹角，实践证明，这个夹角对换能器而言是一个污垢沉积区，当流经腔体的循环介质含有泥、垢等污物时，根据流体力学和“合力”原理可知，这些污物不能被“主流介质”全部冲刷带走，其中的一些污物被沉积在这个夹角沉积区内，这样日积月累污物沉积的越来越多，从而将严重影响换能器对信号的发射与接收，造成计量不准确。

2、∏型结构

设计特点:流经腔体的介质可直接冲刷着换能器,避免了圬物沉积区。但其缺点是机械加工难度大、管道内壁毛刺突起明显,浪费原材料资源、劳动力、易挂住线性物质影响测量，性价比低。以上两种结构通常称为“对射”方式，由于弊端比较多，所以很快就退出市场。

3、U型结构

设计特点：换能器安装在流量计上表面的两个安装孔内，由于结构原因换能器不能直接发射与接收信号，需要在流量计腔体内安装一个塑料支架，在这个塑料支架垂直与换能器的位置上分别安装了一个反射镜片，超声波信号通过这两个镜片反射信号,其优点是:没有污物沉积区,使用材料资源少,结构简单,易加工生产。

缺点:反射镜片的安装需要一个支架给予固定，由于结构原因这个支架在壳体腔内不可避免的对循环介质中的线状物(如头发丝、安装过程使用的麻丝、生料带等)有挂、缠、卡现象，如果这些线状物被缠在支架上后将随介质的流动对腔体内的水场产生水纹和气泡，从而严重影响着水场变化,造成计量不准确。

4、W型反射方式

设计特点：①在流量计上表面以45°角的方式倾斜安装了两个换能器，②流量计腔体内部整个都设计为四方孔，超声波信号通过四方孔的顶部和底部平面进行间接发射或接收，这种结构的优点是流量计腔体内是直通型，没有塑料支架，不会对循环介质中的线状物有挂、缠、卡现象，且压力损失小。

缺点：受换能器反射角度的制约，不可避免的造成了换能器底平面与四方孔顶平面之间有一个空间距离，在实际使用中这个空间距离会出现存积空气亦即产生气泡现象，这种现象对超声信号的衰减是致命的，从而造成计量不准确。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有整流、稳流、管道线性稳定的超声波流量计，该超声波流量计利用超声波原理，测量循环系统内循环介质的流量和质量，尤其是适用于在水场不稳定、浑浊污物介质环境下使用。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种超声波式流量计，包括流量计腔体、进水端纺锤型直通孔、流量测量孔、出水端纺锤型直通孔、进水端口换能器、出水端口换能器、进水端船型反射柱及出水端船型反射柱，所述进水端纺锤型直通孔、流量测量孔及出水端纺锤型直通孔均位于所述流量计腔体内部，且所述进水端纺锤型直通孔、流量测量孔及出水端纺锤型直通孔依次相通；所述流量计腔体的外壁的顶部设有进水端口换能器安装孔及出水端口换能器安装孔，底部设有进水端反射柱安装孔及出水端反射柱安装孔，所述进水端口换能器安装孔的位置与所述进水端反射柱安装孔的位置相对应，且均与所述进水端纺锤型直通孔相通，所述出水端口换能器安装孔的位置与所述出水端反射柱安装孔的位置相对应，且均与所述出水端纺锤型直通孔相通；所述进水端口换能器安装在所述进水端口换能器安装孔内，所述出水端口换能器安装在所述出水端口换能器安装孔内，所述进水端船型反射柱安装在所述进水端反射柱安装孔内，所述出水端船型反射柱安装在所述出水端反射柱安装孔内，所述进水端口换能器与所述进水端船型反射柱相接触，所述出水端口换能器与所述出水端船型反射柱相接触。

纺锤型是某一时刻在流场中画出的一条空间曲线，在该时刻，曲线上的所有质点的速度矢量均与这条曲线相切。它是欧拉法描述流动的一种方法，在运动液体的整个空间，可绘出一系列的纺锤，称为纺锤型，在超声波流量计的运用中可起到稳定水场、增加流速、提高测量精度的作用。

本发明的设计原理如下：

本发明流量计腔体外壁上设计有两个安装孔用于安装超声波信号的发射/接收装置—超声波换能器，腔体内部整设计为进、出水口两端为纺锤型直通孔，中间部分为流量测量孔，这种根据流体力学原理设计主要对循环介质具有整流、稳流的作用，因为流量计腔体内的循环介质是作为超声波信号传输的载体，所以当循环介质能稳定的流动也就保证了超声波信号的稳定传输，这样也就能达到精确稳定计量的目的。

本发明为提高流量计的线性，进水端船型反射柱及出水端船型反射柱均为船型（流线型）设计，采用不锈钢浇注工艺一次成型，反射面抛光处理，使进入测量部分的水场稳定、均匀，同时具有防堵塞、防挂卡绕线性物质，有利于提高测量精度，提高适用范围。

本发明的有益效果是：

1、本发明流量计腔体内部设计为两端为纺锤型直通孔（即进水端纺锤型直通孔与出水端纺锤型直通孔），结构上避免了圬物沉积区，管道无死角，避免运行时长时间累积污垢。

2、本发明流量计腔体外壁上安装有进水端船型（也称为流线型）反射柱及出水端船型反射柱，其采用不锈钢浇铸工艺，一次成型，反射面抛光处理，提高了信号反射效率，使介质进入测量位置水场稳定，提高计量精度和稳定性。

3、由于本发明流量计腔体内没有塑料支架，不会对循环介质中的线性杂物产生挂、卡、缠等现象，避免了线性污物对水场的影响，且流量计腔体内没有塑料易老化等支架所以与同种产品相比延长了使用寿命，本发明不仅能在被测量介质质量好的情况下正常工作,而且能在被测量介质质量脏、浊、混等恶劣环境下工作,以达到精确测量和长期使用的目的。

4、本发明适应国情水质，可永久运行使用，寿命长、性能价格比高，降低后期运行成本，间接的为国家节约了资源；本发明在保证最大工作压力的前提下，最大化的优化设计，使加工用铜材较少，直接为国家节约资源；

5、本发明由于具有整流、稳流、防堵塞、防挂绕，在使用中不需安装过滤器，为国家节省资源；由于不需安装过滤器所以进户压损减小，最终减小甚至避免了系统二次设备投资，间接节省资源。

本发明超声波式流量计，采用美国TI公司MPS430系列单片机和德国ACAM公司的GP21专用芯片配套使用，可匹配任意口径的超声波流量计。通过大量实验和长时间的的质量运行，本发明可靠度达100%,各项技术指标符合中华人民共和国计量检定规程JJG225-2001的要求。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述流量计腔体的外壁的顶部还设有测温孔，所述测温孔位于所述进水端口换能器安装孔与所述出水端口换能器安装孔之间。

进一步，所述超声波式流量计还包括测温元件，所述测温元件安装在所述测温孔内。

进一步，所述流量计腔体的一端设有进水口，所述进水口与所述进水端纺锤型直通孔相通。

进一步，所述流量计腔体的另一端还设有出水口，所述出水口与所述出水端纺锤型直通孔相通。

附图说明

图1为本发明超声波式流量计的结构示意图；

图2为本发明超声波式流量计的立体图；

图3为本发明超声波式流量计的进水端船型反射柱和出水端船型反射柱的立体图；

图4为本发明超声波式流量计的进水端船型反射柱和出水端船型反射柱的剖面图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、进水端口换能器，2、进水端口换能器安装孔，3、出水端口换能器，4、出水端口换能器安装孔，5、测温孔，6、进水端船型反射柱，7、进水端反射柱安装孔，8、出水端船型反射柱，9、出水端反射柱安装孔，10、进水口，11、进水端纺锤型直通孔，12、流量测量孔，13、出水口，14、出水端纺锤型直通孔，15、测温元件，16、流量计腔体。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

一种超声波式流量计，如图1、图2、图3、图4所示，包括流量计腔体16、进水端纺锤型直通孔11、流量测量孔12、出水端纺锤型直通孔14、进水端口换能器1、出水端口换能器3、进水端船型反射柱6（如图3、图4所示）及出水端船型反射柱8（如图3、图4所示），所述进水端纺锤型直通孔11、流量测量孔12及出水端纺锤型直通孔14均位于所述流量计腔体16内部，且所述进水端纺锤型直通孔11、流量测量孔12及出水端纺锤型直通孔14依次相通；所述流量计腔体16的外壁的顶部设有进水端口换能器安装孔2及出水端口换能器安装孔4，底部设有进水端反射柱安装孔7及出水端反射柱安装孔9，所述进水端口换能器安装孔2的位置与所述进水端反射柱安装孔7的位置相对应，且均与所述进水端纺锤型直通孔11相通，所述出水端口换能器安装孔4的位置与所述出水端反射柱安装孔9的位置相对应，且均与所述出水端纺锤型直通孔14相通；所述进水端口换能器1安装在所述进水端口换能器安装孔2内，所述出水端口换能器3安装在所述出水端口换能器安装孔4内，所述进水端船型反射柱6安装在所述进水端反射柱安装孔7内，所述出水端船型反射柱8安装在所述出水端反射柱安装孔9内，所述进水端口换能器1与所述进水端船型反射柱6相接触，所述出水端口换能器3与所述出水端船型反射柱8相接触。

所述流量计腔体16的外壁的顶部还设有测温孔5，所述测温孔5位于所述进水端口换能器安装孔2与所述出水端口换能器安装孔4之间。

所述超声波式流量计还包括测温元件15，所述测温元件15安装在所述测温孔5内。

所述流量计腔体16的一端设有进水口10，所述进水口10与所述进水端纺锤型直通孔11相通。

所述流量计腔体16的另一端还设有出水口13，所述出水口13与所述出水端纺锤型直通孔14相通。

本发明流量计腔体16外壁上设计有两个安装孔（为圆形），即进水端口换能器安装孔2、出水端口换能器安装孔4，用于安装超声波信号的发射/接收装置—超声波换能器（即进水端口换能器1、出水端口换能器3），流量计腔体16内部整设计为进水端纺锤型直通孔11、出水端纺锤型直通孔14，中间部分为流量测量孔12（为类八角型），这种根据流体力学原理设计主要对循环介质具有整流、稳流的作用，因为流量计腔体16内的循环介质是作为超声波信号传输的载体，所以当循环介质能稳定的流动也就保证了超声波信号的稳定传输，这样也就能达到精确稳定计量的目的。

本发明为提高流量计的线性，进水端船型反射柱6及出水端船型反射柱8均为船型（流线型）设计，采用不锈钢浇注工艺一次成型，反射面抛光处理，使进入测量部分的水场稳定、均匀，同时具有防堵塞、防挂卡绕线性物质，有利于提高测量精度，提高适用范围。

本发明超声波式流量计的工作原理如下：

循环介质从进水口10进入流量计腔体16，在流量计腔体16内的进水端纺锤型直通孔11处进行流体整流后，进入流量测量孔12，再经过出水端纺锤型直通孔14处进行流体整流后，从出水口13处流出流量计腔体16，这样循环介质在循环时通过外部电路激励进水端口换能器1发出超声波信号，该信号发射至进水端船型反射柱6，经过流量测量孔12，至出水端船型反射柱 8，最后由出水端口换能器3接收到超声波信号，得出进水超声波时间值，然后外部电路再激励出水端口换能器3发出超声波信号，发射至出水端船型反射柱8，经过流量测量孔12，至进水端船型反射柱6，最后由进水端口换能器1接收到超声波信号，得出出水超声波时间值，最终经过外部电路对进水超声波时间与出水超声波时间计算，并通过一系列的外部硬件及软件处理后得出当前超声波时间差，换算出流量及流速，算出流经流量计内介质的体积。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种超声波式流量计，其特征在于：包括流量计腔体、进水端纺锤型直通孔、流量测量孔、出水端纺锤型直通孔、进水端口换能器、出水端口换能器、进水端船型反射柱及出水端船型反射柱，所述进水端纺锤型直通孔、流量测量孔及出水端纺锤型直通孔均位于所述流量计腔体内部，且所述进水端纺锤型直通孔、流量测量孔及出水端纺锤型直通孔依次相通；所述流量计腔体的外壁的顶部设有进水端口换能器安装孔及出水端口换能器安装孔，底部设有进水端反射柱安装孔及出水端反射柱安装孔，所述进水端口换能器安装孔的位置与所述进水端反射柱安装孔的位置相对应，且均与所述进水端纺锤型直通孔相通，所述出水端口换能器安装孔的位置与所述出水端反射柱安装孔的位置相对应，且均与所述出水端纺锤型直通孔相通；所述进水端口换能器安装在所述进水端口换能器安装孔内，所述出水端口换能器安装在所述出水端口换能器安装孔内，所述进水端船型反射柱安装在所述进水端反射柱安装孔内，所述出水端船型反射柱安装在所述出水端反射柱安装孔内，所述进水端口换能器与所述进水端船型反射柱相接触，所述出水端口换能器与所述出水端船型反射柱相接触。

2.根据权利要求1所述的超声波式流量计，其特征在于：所述流量计腔体的外壁的顶部还设有测温孔，所述测温孔位于所述进水端口换能器安装孔与所述出水端口换能器安装孔之间。

3.根据权利要求2所述的超声波式流量计，其特征在于：所述超声波式流量计还包括测温元件，所述测温元件安装在所述测温孔内。

4.根据权利要求1至3任一项所述的超声波式流量计，其特征在于：所述流量计腔体的一端设有进水口，所述进水口与所述进水端纺锤型直通孔相通。

5.根据权利要求4所述的超声波式流量计，其特征在于：所述流量计腔体的另一端还设有出水口，所述出水口与所述出水端纺锤型直通孔相通。